Solformørkelsesdiagramfysikk. Hvorfor oppstår en solformørkelse? Fenomener under en solformørkelse

Lysbildetekst: Presentasjon om emnet: Solformørkelse Presentasjon utarbeidet av: Mirabova Ira

Lysbildetekst: Formørkelse Når den beveger seg rundt jorden, passerer Månen foran fjernere lyskilder og kan med sin skive skjule dem. Dette fenomenet kalles generelt månens okkultering av lyskilder. Å bestemme de nøyaktige øyeblikkene for begynnelsen og slutten av okkultasjonene er av stor betydning for å studere Månens bevegelse og formen på dens skive. Okkultasjoner av stjerner forekommer oftest; okkultasjoner av planeter forekommer sjeldnere.

Lysbildetekst: Okkultasjoner av solen ved månen kalles solformørkelser. En solformørkelse ser annerledes ut på forskjellige punkter. jordens overflate. Solskiven vil være helt lukket bare for en observatør som befinner seg inne i kjeglen til måneskyggen, hvis maksimale diameter på jordens overflate ikke overstiger 270 km. I dette relativt trange området av jordoverflaten, der månens skygge faller, vil en total solformørkelse være synlig (fig. 59). I områder av jordoverflaten der Månens penumbra faller, vil en delvis solformørkelse være synlig inne i den såkalte kjeglen til månehalvøya - Månens skive vil kun dekke en del av solskiven. Jo nærmere observatøren er skyggens akse, er mest av Solskiven er lukket, jo større er formørkelsesfasen. Utenfor penumbrakjeglen er hele solskiven synlig, og ingen formørkelse observeres.

Lysbildetekst: Siden avstanden til månen fra jorden varierer fra 405 500 km til 363 300 km, og lengden på helskyggekjeglen fra månen er i gjennomsnitt 374 000 km, når toppen av månens skyggekjegle noen ganger ikke jordens flate. I dette tilfellet, for en observatør nær aksen til måneskyggekjeglen, vil solformørkelsen være ringformet - kantene på solskiven vil forbli avdekket og vil danne en tynn skinnende ring rundt Månens mørke skive.

Lysbildetekst: På forskjellige punkter på jorden inntreffer en solformørkelse kl annen tid. På grunn av månens bevegelse rundt jorden og jordens rotasjon rundt sin akse, beveger månens skygge seg langs jordoverflaten omtrent fra vest til øst, og danner en skyggestripe flere tusen kilometer lang og en gjennomsnittlig bredde på ca 200 km (maks bredde 270 km).

Lysbildetekst: Siden Månen beveger seg fra vest til øst, begynner en solformørkelse med vestkanten solcelledisk. Først vises skade på den i form av en sirkelbue med en radius lik radiusen til solskiven. Så øker skaden gradvis, og Solen får form av en smalere og smalere halvmåne. Når det siste punktet på solskiven forsvinner, begynner den totale formørkelsesfasen, som varer bare noen få minutter - ikke mer enn syv, og oftest to eller tre minutter. Så forlater Månens mørke skive gradvis solskiven, og formørkelsen slutter. Den totale varigheten av alle faser av en solformørkelse kan vare over to timer. Det er klart at solformørkelser bare kan oppstå under nymånen.

Formørkelse- en astronomisk situasjon der et himmellegeme blokkerer lyset fra et annet himmellegeme.

Mest berømte måne Og solenergi formørkelser. Det er også slike fenomener som passasje av planeter (Merkur og Venus) over solskiven.

Måneformørkelse

En måneformørkelse oppstår når månen går inn i kjeglen til skyggen som kastes av jorden. Diameteren til jordens skyggeflekk i en avstand på 363 000 km (minste avstand til månen fra jorden) er omtrent 2,5 ganger månens diameter, så hele månen kan være skjult.

Måneformørkelsesdiagram

I hvert øyeblikk av formørkelsen uttrykkes graden av dekning av Månens skive av jordskyggen av formørkelsesfasen F. Størrelsen på fasen bestemmes av avstanden 0 fra sentrum av månen til sentrum av skyggen . Astronomiske kalendere gir verdiene Ф og 0 for forskjellige øyeblikk av formørkelsen.

Når månen går helt inn i jordens skygge under en formørkelse, sies det å være det total måneformørkelse, når delvis - ca delvis formørkelse. To nødvendige og tilstrekkelige betingelser for forekomsten av en måneformørkelse er fullmånen og jordens nærhet til månens node.

Som man kan se for en observatør på jorden, krysser månen på den imaginære himmelsfæren ekliptikken to ganger i måneden i posisjoner som kalles noder. Fullmånen kan falle på en slik posisjon, på en node, da kan en måneformørkelse observeres. (Merk: ikke i skala)

Full formørkelse

En måneformørkelse kan observeres over halvparten av jordens territorium (der månen er over horisonten på tidspunktet for formørkelsen). Utseendet til den mørklagte månen fra ethvert observasjonspunkt skiller seg ubetydelig fra et annet punkt, og er det samme. Den maksimale teoretisk mulige varigheten av den totale fasen av en måneformørkelse er 108 minutter; Dette var for eksempel måneformørkelsene 26. juli 1953 og 16. juli 2000. I dette tilfellet passerer Månen gjennom midten av jordens skygge; totale måneformørkelser av denne typen kalles sentral, skiller de seg fra de ikke-sentrale i månens lengre varighet og lavere lysstyrke under den totale fasen av formørkelsen.

Under en formørkelse (til og med en total) forsvinner ikke månen helt, men blir mørkerød. Dette faktum forklares av det faktum at månen fortsetter å bli opplyst selv i fasen av total formørkelse. Solens stråler som passerer tangensielt til jordoverflaten er spredt i jordens atmosfære og på grunn av denne spredningen når de delvis månen. Siden jordens atmosfære er mest gjennomsiktig for stråler fra den rød-oransje delen av spekteret, er det disse strålene som i større grad når Månens overflate under en formørkelse, noe som forklarer fargen på måneskiven. I hovedsak er dette den samme effekten som den oransje-røde gløden på himmelen nær horisonten (daggry) før soloppgang eller like etter solnedgang. For å beregne lysstyrken til en formørkelse brukes den Danjon skala.

En observatør som befinner seg på månen, i øyeblikket av en total (eller delvis, hvis han er på den skyggefulle delen av månen) måneformørkelse ser en total solformørkelse (solformørkelse av jorden).

Danjon skala brukes til å estimere graden av mørkning av månen under en total måneformørkelse. Foreslått av astronom Andre Danjon som et resultat av forskning på et slikt fenomen som askeaktig måneskinn når månen blir opplyst av lys som passerer gjennom de øvre lagene av jordens atmosfære. Månens lysstyrke under en formørkelse avhenger også av hvor dypt månen gikk inn i jordens skygge.

To totale måneformørkelser. Tilsvarer 2 (venstre) og 4 (høyre) på Danjon-skalaen

Ask måneskinn - et fenomen når vi ser hele månen, selv om bare en del av den er opplyst av solen. Samtidig har den delen av månens overflate som ikke er opplyst av direkte sollys en karakteristisk askegrå farge.

Ask måneskinn

Det observeres kort før og kort tid etter nymånen (i begynnelsen av første kvartal og på slutten av siste kvartal av månefasene).

Gløden på månens overflate, som ikke er opplyst av direkte sollys, dannes av sollys spredt av jorden, og deretter reflektert igjen av månen til jorden. Dermed er ruten for fotoner av Månens aske lys som følger: Sol → Jorden → Månen → observatør på jorden.

Fotonrute når du observerer askelys: Solen → Jorden → Månen → Jorden

Årsaken til dette fenomenet har vært godt kjent siden Leonardo da Vinci Og Mikhail Mestlin,

Påstått selvportrett av Leonardo da Vinci

Michael Möstlin

lærere Kepler, som for første gang ga den riktige forklaringen på det aske lyset.

Johannes Kepler

Halvmånen med askegrå lys, tegnet av Leonardo da Vinci i Codex Leicester

De første instrumentelle sammenligningene av lysstyrken til det aske lyset og halvmånen ble gjort i 1850 av franske astronomer Arago Og Lozhie.

Dominique Francois Jean Arago

Den lyse halvmånen er den delen som er direkte opplyst av solen. Resten av månen er opplyst av lys som reflekteres fra jorden

Fotografiske studier av det aske lyset fra Månen ved Pulkovo-observatoriet, utført G.A. Tikhov, førte ham til den konklusjon at Jorden fra Månen skulle se ut som en blåaktig skive, noe som ble bekreftet i 1969, da mennesket landet på Månen.

Gabriel Adrianovich Tikhov

Han anså det som viktig å gjennomføre systematiske observasjoner av det askegrå lyset. Observasjoner av månens askelys lar oss bedømme endringen i jordens klima. Intensiteten til den askegrå fargen avhenger til en viss grad av mengden skydekke på den for øyeblikket opplyste siden av jorden; For den europeiske delen av Russland forutsier sterkt askeaktig lys reflektert fra kraftig syklonaktivitet i Atlanterhavet nedbør om 7-10 dager.

Delvis formørkelse

Hvis Månen bare delvis faller inn i jordens totale skygge, blir det observert delvis formørkelse. Med den er en del av månen mørk, og en del, selv i sin maksimale fase, forblir i delvis skygge og blir opplyst av solens stråler.

Utsikt over månen under en måneformørkelse

Penumbral formørkelse

Rundt kjeglen til jordens skygge er det en penumbra - et område i rommet der jorden bare delvis skjuler solen. Hvis månen passerer gjennom penumbra-området, men ikke kommer inn i skyggen, oppstår det penumbral formørkelse. Med den reduseres månens lysstyrke, men bare litt: en slik reduksjon er nesten umerkelig for det blotte øye og registreres bare av instrumenter. Bare når Månen i en penumbral formørkelse passerer nær kjeglen av total skygge, kan en svak mørkning på den ene kanten av måneskiven bli lagt merke til på en klar himmel.

Periodisitet

På grunn av uoverensstemmelsen mellom måneplanene og jordens baner, er ikke hver fullmåne ledsaget av en måneformørkelse, og ikke hver måneformørkelse er en total. Maksimalt antall måneformørkelser per år er 3, men enkelte år er det ikke en eneste måneformørkelse. Formørkelser gjentas i samme rekkefølge hver 6585⅓ dag (eller 18 år 11 dager og ~8 timer - en periode som kalles Saros); Når du vet hvor og når en total måneformørkelse ble observert, kan du nøyaktig bestemme tidspunktet for påfølgende og tidligere formørkelser som er godt synlige i dette området. Denne syklisiteten hjelper ofte til å nøyaktig datere hendelser beskrevet i historiske poster.

Saros eller drakonisk periode, bestående av 223 synodiske måneder(et gjennomsnitt på omtrent 6585,3213 dager eller 18,03 tropiske år), hvoretter måneformørkelsene og solformørkelsene gjentar seg omtrent i samme rekkefølge.

Synodisk(fra gammelgresk σύνοδος "forbindelse, tilnærming") måned- tidsperioden mellom to påfølgende identiske faser av månen (for eksempel nymåner). Varigheten er variabel; gjennomsnittsverdien er 29,53058812 gjennomsnittlige soldøgn (29 dager 12 timer 44 minutter 2,8 sekunder), den faktiske varigheten av den synodiske måneden avviker fra gjennomsnittet innen 13 timer.

Anomalistisk måned- tidsperioden mellom to påfølgende passasjer av Månen gjennom perigeum i dens bevegelse rundt jorden. Varigheten ved begynnelsen av 1900 var 27,554551 gjennomsnittlige soldøgn (27 dager 13 timer 18 minutter 33,16 sekunder), og gikk ned med 0,095 sekunder per 100 år.

Denne perioden er en konsekvens av det faktum at månens 223 synodiske måneder (18 kalenderår og 10⅓ eller 11⅓ dager, avhengig av antall skuddår i en gitt periode) er nesten lik 242 drakoniske måneder (6585,36 ​​dager), det vil si at etter 6585⅓ dager går månen tilbake til samme syzygy og til orbitalnoden. Det andre lyset som er viktig for begynnelsen av formørkelsen - Solen - går tilbake til den samme noden, siden det går nesten et helt antall drakoniske år (19 eller 6585,78 dager) - periodene for solens passasje gjennom den samme noden til Månens bane. I tillegg 239 unormale måneder Månene er 6585,54 dager lange, så de tilsvarende formørkelsene i hver Saros oppstår i samme avstand fra månen fra jorden og har samme varighet. I løpet av en Saros forekommer det i gjennomsnitt 41 solformørkelser (hvorav omtrent 10 er totalt) og 29 måneformørkelser. De lærte først å forutsi måneformørkelser ved å bruke saros i det gamle Babylon. Beste egenskaper for å forutsi formørkelser gir den en periode lik trippel Saros - exeligmos, som inneholder et helt antall dager, som ble brukt i Antikythera-mekanismen.

Berosus kaller en kalenderperiode på 3600 år for en saros; mindre perioder ble kalt: neros ved 600 år og sosos ved 60 år.

Solformørkelse

Den lengste solformørkelsen skjedde 15. januar 2010 i Sør øst Asia og varte i mer enn 11 minutter.

En solformørkelse er et astronomisk fenomen der månen dekker (formørker) hele eller deler av solen fra en observatør på jorden. En solformørkelse er bare mulig under en nymåne, når siden av månen som vender mot jorden ikke er opplyst og månen selv ikke er synlig. Formørkelser er bare mulig hvis nymånen oppstår nær en av de to måneknutene (punktet der de synlige banene til Månen og Solen krysser hverandre), ikke mer enn omtrent 12 grader fra en av dem.

Månens skygge på jordoverflaten overstiger ikke 270 km i diameter, så en solformørkelse observeres bare i en smal stripe langs skyggens bane. Siden månen roterer i en elliptisk bane, kan avstanden mellom jorden og månen på tidspunktet for en formørkelse være forskjellig; følgelig kan diameteren til måneskyggepunktet på jordens overflate variere mye fra maksimum til null (når toppen av måneskyggekjeglen når ikke jordens overflate). Hvis observatøren er i skyggebåndet, ser han Total solformørkelse der månen skjuler solen fullstendig, himmelen mørkner, og planeter og lyse stjerner kan vises på den. Rundt solskiven skjult av Månen kan du observere solkorona, som ikke er synlig i det normale sterke lyset fra solen.

Langstrakt koronaform under den totale solformørkelsen 1. august 2008 (nær minimum mellom solsyklusene 23 og 24)

Når en formørkelse observeres av en stasjonær bakkebasert observatør, varer den totale fasen ikke mer enn noen få minutter. Minste bevegelseshastighet for måneskyggen på jordoverflaten er litt over 1 km/s. Under en total solformørkelse kan astronauter i bane observere månens løpende skygge på jordens overflate.

Observatører nær den totale formørkelsen kan se det som delvis solformørkelse. Under en delvis formørkelse passerer månen over solskiven ikke akkurat i sentrum, og skjuler bare en del av den. Samtidig mørkner himmelen mye mindre enn under en total formørkelse, og stjernene vises ikke. En delvis formørkelse kan observeres i en avstand på omtrent to tusen kilometer fra den totale formørkelsessonen.

Helheten til en solformørkelse uttrykkes også av fasen Φ . Den maksimale fasen av en delvis formørkelse uttrykkes vanligvis i hundredeler av enhet, der 1 er den totale fasen av formørkelsen. Den totale fasen kan være større enn enhet, for eksempel 1,01, hvis diameteren på den synlige måneskiven er større enn diameteren til den synlige solskiven. Delfaser har en verdi som er mindre enn 1. Ved kanten av månens penumbra er fasen 0.

Øyeblikket da den forreste/bakre kanten av månens skive berører kanten av solen kalles ta på. Den første berøringen er øyeblikket når månen går inn i solskiven (begynnelsen av en formørkelse, dens delvise fase). Den siste berøringen (den fjerde i tilfelle av en total formørkelse) er det siste øyeblikket av formørkelsen, når månen forlater solskiven. I tilfelle av en total formørkelse, er den andre berøringen øyeblikket når fronten av månen, etter å ha passert over hele solen, begynner å dukke opp fra skiven. En total solformørkelse oppstår mellom andre og tredje berøring. Om 600 millioner år vil tidevannsbremsing flytte månen så langt bort fra jorden at en total solformørkelse vil bli umulig.

Astronomisk klassifisering av solformørkelser

I følge astronomisk klassifisering, hvis en formørkelse i det minste et sted på jordens overflate kan observeres som total, kalles det full.

Diagram av en total solformørkelse

Hvis en formørkelse bare kan observeres som en delvis formørkelse (dette skjer når kjeglen til månens skygge passerer nær jordoverflaten, men ikke berører den), klassifiseres formørkelsen som privat. Når en observatør er i skyggen av månen, observerer han en total solformørkelse. Når han er i penumbra-regionen, kan han observere en delvis solformørkelse. I tillegg til totale og delvise solformørkelser er det ringformede formørkelser.

Animert ringformørkelse

Diagram av en ringformet solformørkelse

En ringformørkelse oppstår når månen på tidspunktet for formørkelsen er lenger unna jorden enn under en total formørkelse, og skyggens kjegle passerer over jordens overflate uten å nå den. Visuelt, under en ringformet formørkelse, passerer månen over solskiven, men den viser seg å være mindre i diameter enn solen, og kan ikke skjule den helt. I den maksimale fasen av formørkelsen er solen dekket av månen, men rundt månen er en lys ring av den udekkede delen av solskiven synlig. Under en ringformet formørkelse forblir himmelen lys, stjerner vises ikke, og det er umulig å observere solkoronaen. Den samme formørkelsen kan være synlig i forskjellige deler av formørkelsesbåndet som total eller ringformet. Denne typen formørkelse kalles noen ganger en total ringformet (eller hybrid) formørkelse.

Skyggen av månen på jorden under en formørkelse, fotografi fra ISS. Bildet viser Kypros og Türkiye

Frekvensen av solformørkelser

Fra 2 til 5 solformørkelser kan forekomme på jorden per år, hvorav ikke mer enn to er totale eller ringformede. I gjennomsnitt forekommer 237 solformørkelser per hundre år, hvorav 160 er delvise, 63 er totale, 14 er ringformede. På et visst punkt på jordoverflaten forekommer formørkelser i en stor fase ganske sjelden, og totale solformørkelser observeres enda sjeldnere. På Moskvas territorium fra det 11. til det 18. århundre kunne således 159 solformørkelser med en fase større enn 0,5 observeres, hvorav bare 3 var totalt (11. august 1124, 20. mars 1140 og 7. juni 1415 ). En annen total solformørkelse skjedde 19. august 1887. En ringformet formørkelse kunne observeres i Moskva 26. april 1827. En veldig sterk formørkelse med en fase på 0,96 skjedde 9. juli 1945. Den neste totale solformørkelsen er ventet i Moskva først 16. oktober 2126.

Omtale av formørkelser i historiske dokumenter

Solformørkelser er ofte nevnt i gamle kilder. Et enda større antall daterte beskrivelser finnes i vesteuropeiske middelalderkrøniker og annaler. For eksempel er en solformørkelse nevnt i Annals of St. Maximin av Trier: "538 16. februar, fra den første til den tredje timen var det en solformørkelse." Et stort antall beskrivelser av solformørkelser fra antikken er også inneholdt i krønikene i Øst-Asia, først og fremst i dynastiske historier i Kina, i arabiske krøniker og russiske krøniker.

Omtaler av solformørkelser i historiske kilder gir vanligvis mulighet for uavhengig verifisering eller avklaring av det kronologiske forholdet til hendelsene beskrevet i dem. Hvis formørkelsen er beskrevet i kilden i utilstrekkelig detalj, uten å angi observasjonssted, kalenderdato, tid og fase, er en slik identifikasjon ofte tvetydig. I slike tilfeller, når man ignorerer tidspunktet for kilden over hele det historiske intervallet, er det ofte mulig å velge flere mulige "kandidater" for rollen som en historisk formørkelse, som brukes aktivt av noen forfattere av pseudohistoriske teorier.

Funn gjort takket være solformørkelser

Totale solformørkelser gjør det mulig å observere koronaen og de umiddelbare omgivelsene til solen, noe som er ekstremt vanskelig under normale forhold (selv om siden 1996 har astronomer vært i stand til konstant å observere omgivelsene til stjernen vår takket være arbeidet SOHO satellitt(Engelsk) SolarogHeliosfæriskObservatorium- sol- og heliosfærisk observatorium).

SOHO - romfartøy for å observere solen

fransk vitenskapsmann Pierre Jansen Under en total solformørkelse i India 18. august 1868 utforsket han først solens kromosfære og oppnådde spekteret til et nytt kjemisk grunnstoff

Pierre Jules César Jansen

(selv om, som det viste seg senere, kunne dette spekteret oppnås uten å vente på en solformørkelse, som ble gjort to måneder senere av den engelske astronomen Norman Lockyer). Dette elementet ble oppkalt etter solen - helium.

I 1882, den 17. mai, under en solformørkelse, la observatører fra Egypt merke til en komet som fløy nær solen. Hun fikk navnet Formørkelse kometer, selv om den har et annet navn - kometen Tewfik(Til ære for Khedive Egypt på den tiden).

1882 Eclipse Comet(moderne offisiell betegnelse: X/1882 K1) er en komet som ble oppdaget av observatører i Egypt under en solformørkelse i 1882.Utseendet hennes var en fullstendig overraskelse, og hun ble observert under en formørkelse for første og siste gang. Hun er medlem av familiencircumsolar kometer Kreutz Sungrazers, og var 4 måneder foran utseendet til et annet medlem av denne familien - den store septemberkometen i 1882. Noen ganger blir hun oppringt kometen Tewfik til ære for Khedive i Egypt på den tiden Tevfika.

Khedive(khedive, khedif) (persisk - herre, suveren) - tittelen på visesultanen av Egypt, som eksisterte i perioden med Egypts avhengighet av Tyrkia (1867-1914). Denne tittelen ble holdt av Ismail, Tawfik og Abbas II.

Taufik Pasha

Formørkelsers rolle i menneskehetens kultur og vitenskap

Siden antikken har sol- og måneformørkelser, i likhet med andre sjeldne astronomiske fenomener som kometenes utseende, blitt oppfattet som negative hendelser. Folk var veldig redde for formørkelser, siden de forekommer sjelden og er uvanlige og skremmende naturfenomener. I mange kulturer ble formørkelser ansett som varsler om ulykke og katastrofe (spesielt måneformørkelser, tilsynelatende på grunn av den røde fargen på den skyggefulle månen, som var assosiert med blod). I mytologien ble formørkelser assosiert med kampen til høyere makter, hvorav den ene ønsker å forstyrre den etablerte orden i verden («slukke» eller «spise» solen, «drepe» eller «dyne» månen med blod), og den andre ønsker å bevare den. Troen til noen folkeslag krevde fullstendig stillhet og passivitet under formørkelser, mens andre tvert imot krevde aktiv hekseri for å hjelpe "lette krefter". Til en viss grad vedvarte denne holdningen til formørkelser til moderne tid, til tross for at mekanismen til formørkelser lenge var studert og allment kjent.

Formørkelser har gitt rikt materiale for vitenskapen. I gamle tider hjalp observasjoner av formørkelser til å studere himmelmekanikk og forstå strukturen til solsystemet. Observasjonen av jordens skygge på månen ga det første "kosmiske" beviset på at planeten vår er sfærisk. Aristoteles var den første som påpekte at formen på jordskyggen under måneformørkelser alltid er rund, noe som beviser jordens sfærisitet. Solformørkelser gjorde det mulig å begynne å studere solens korona, som ikke kan observeres under normale tider. Under solformørkelser ble fenomenene med gravitasjonskrumning av lysstråler nær en betydelig masse først registrert, noe som ble et av de første eksperimentelle bevisene på konklusjonene fra den generelle relativitetsteorien. Observasjoner av deres passasjer over solskiven spilte en stor rolle i studiet av de indre planetene i solsystemet. Dermed oppdaget Lomonosov, som observerte Venus' passasje over solskiven i 1761, for første gang (30 år før Schröter og Herschel) den venusiske atmosfæren, og oppdaget brytningen av solstrålene når Venus går inn og ut av solskiven.

Solformørkelse ved hjelp av Moscow State University

Solformørkelse av Saturn 15. september 2006. Foto av den interplanetære stasjonen Cassini fra en avstand på 2,2 millioner km